KR102080467B1 - Method and device for actuating an inverter - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 공간 벡터 펄스폭 변조를 이용해서 인버터(10)를 제어하기 위한, 특히 전기 기계(14)를 제어하기 위한 방법(60)에 관한 것이며, 인버터(10)는 다수의 제어 가능한 스위치(S)를 포함하고, 전압 공간 벡터(V*) 형태의 다상 전압(U, V, W)을 제공하도록 형성되고, 상기 제어 가능한 스위치들(S)은, 전압 공간 벡터(V*)를 제공하기 위해 스위치들(S)의 상이한 스위치 온 지속시간들이 설정되도록 그리고 스위치들(S)의 다수의 연속하는 상이한 스위칭 상태들(V0-V7)이 설정되도록 제어되고, 펄스폭 변조 주기(T) 동안 하나의 스위치(S)의 스위치 온 지속시간이 미리 규정된 임계값(44)에 미달되는 경우에, 펄스폭 변조 주기(T) 동안 스위치들(S)의 스위치 온 지속시간들이 연장된다. The present invention relates to a method 60 for controlling the inverter 10 using space vector pulse width modulation, in particular for controlling the electrical machine 14, wherein the inverter 10 comprises a plurality of controllable switches S. Is formed to provide a polyphase voltage (U, V, W) in the form of a voltage space vector (V *), the controllable switches (S) for providing a voltage space vector (V *). The different switch-on durations of the switches S are controlled to be set and the number of successive different switching states V0-V7 of the switches S is set and one during the pulse width modulation period T. If the switch on duration of the switch S is less than the predefined threshold 44, the switch on durations of the switches S are extended during the pulse width modulation period T.

Description

인버터를 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ACTUATING AN INVERTER}METHOD AND DEVICE FOR ACTUATING AN INVERTER}

본 발명은 공간 벡터 펄스폭 변조를 이용해서 인버터를 제어하기 위한, 특히 전기 기계를 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 인버터는 다수의 제어 가능한 스위치를 포함하고, 전압 공간 벡터 형태의 다상 전압을 제공하도록 형성되고, 상기 제어 가능한 스위치들은, 전압 공간 벡터를 제공하기 위해 스위치들의 상이한 스위치 온 지속시간들이 설정되도록 그리고 스위치들의 다수의 연속하는 상이한 스위칭 상태들이 설정되도록 제어된다. The present invention relates to a method for controlling an inverter, in particular for controlling an electrical machine, using space vector pulse width modulation, the inverter comprising a plurality of controllable switches, to provide a polyphase voltage in the form of a voltage space vector. And, the controllable switches are controlled such that different switch on durations of the switches are set and multiple successive different switching states of the switches are set to provide a voltage space vector.

또한 본 발명은 공간 벡터 펄스폭 변조를 이용해서 인버터를 제어하기 위한, 특히 전기 기계를 제어하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 인버터는 전압 공간 벡터 형태의 다상 전압을 공급하도록 형성된, 다수의 제어 가능한 스위치를 포함하고, 상기 장치는 전압 공간 벡터를 제공하기 위해 스위치들의 상이한 스위치 온 지속시간이 설정되도록 그리고 인버터가 스위치들의 다수의 연속하는 상이한 스위칭 상태를 취하도록, 제어 가능한 스위치를 제어하는 방식으로 형성된 제어 유닛을 포함한다. The invention also relates to an apparatus for controlling an inverter, in particular for controlling an electrical machine, using space vector pulse width modulation, said inverter being configured to supply a polyphase voltage in the form of a voltage space vector. Wherein the apparatus is configured to control a controllable switch such that different switch on durations of the switches are set to provide a voltage space vector and that the inverter takes a plurality of successive different switching states of the switches. It includes a unit.

또한 본 발명은 구동 출력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전기 기계, 전기 기계를 제어하기 위한 인버터 및 전술한 방식의 인버터를 제어하기 위한 장치를 포함하는 차량 구동 트레인에 관한 것이다. The invention also relates to a vehicle drive train comprising at least one electric machine for providing a drive output, an inverter for controlling the electric machine and a device for controlling the inverter in the manner described above.

일반적으로 3상 부하(three-phase load) 및 특히 3상 전기 기계의 기술 분야에서 다양한 제어 방법들이 개시되어 있다. 현재 일반적으로 공간 벡터 변조의 방법이 3상 부하의 제어를 위해 바람직하다. 이러한 제어 방법에서 공간 벡터는 8개의 기본 전압 공간 벡터의 연속하는 설정에 의해 형성된다. 상전압을 제공하기 위해, 기본 전압 공간 벡터는 펄스폭 변조 방식으로 스위칭되므로, 적절한 제어 전압이 발생된다. In general, various control methods are disclosed in the technical field of three-phase loads and in particular three-phase electric machines. Currently, a method of spatial vector modulation is generally preferred for the control of three phase loads. In this control method, the space vector is formed by successive setting of eight basic voltage space vectors. In order to provide a phase voltage, the base voltage space vector is switched in a pulse width modulation scheme, so that an appropriate control voltage is generated.

인버터의 제어 가능한 스위치의 제한된 스위칭 시간으로 인해 인버터의 설정 가능한 작동 범위 또는 최대 제어 레벨이 제한되고, 즉 스위치들의 개별 스위칭 펄스의 지속시간은 최소 지속시간으로 제한된다. 인버터의 설정 가능한 작동 범위를 늘리고 또는 제어 가능한 스위치들의 제한된 스위칭 시간에도 불구하고 개별 작동 범위를 설정할 수 있도록 하기 위해, DE 10 2008 040 144 A1호에서는 펄스폭 변조 주기 내에 제어 가능한 스위치의 스위칭 시간들을 각각 가장 짧게 스위치 온 되는 스위치의 스위치 온 지속시간만큼 단축하는 것이 제안된다. 이로 인해 제어 가능한 스위치들 중 하나의 스위치는 전체 펄스폭 변조 주기에 걸쳐 스위치 온 되지 않고, 나머지 스위치들은 각각 가장 짧게 스위치 온 된 스위치의 스위치 온 지속시간만큼 단축된다. 이로써 무전압으로 스위칭 되는 2개의 스위칭 상태 중 하나의 스위칭 상태는 무전압으로 스위칭 되는 다른 스위칭 상태로 대체된다. The limited switching time of the inverter's controllable switches limits the configurable operating range or maximum control level of the inverter, ie the duration of the individual switching pulses of the switches is limited to the minimum duration. In order to increase the settable operating range of the inverter or to be able to set individual operating ranges in spite of the limited switching time of the controllable switches, DE 10 2008 040 144 A1 sets the switching times of the controllable switches within It is proposed to shorten the switch-on duration of the switch that is switched on shortest. This ensures that one of the controllable switches is not switched on over the entire pulse width modulation period, and the other switches are shortened by the switch-on duration of the shortest switched on switch. As a result, one of the two switching states switched to voltageless is replaced by another switching state switched to voltageless.

이 방법의 단점은, 가장 짧게 스위치 온 되는 제어 가능한 2개의 스위치의 스위치 온 지속시간들이 유사한 지속시간을 갖는, 제어 가능한 스위치들의 특정 스위칭 시퀀스에서 스위치의 최소 허용 펄스 지속시간이 미달될 수 있다는 것이다. The disadvantage of this method is that the switch's minimum switch pulse durations of the two controllable switches that have the shortest switch on have similar durations, and thus the minimum allowable pulse duration of the switch may be less than that.

또한 상기 방법은 파워 반도체 스위치의 특히 비대칭 열부하 및 평균 중성점 전압의 변동을 야기할 수 있다. The method can also lead to variations in the average asymmetrical thermal load and the average neutral point voltage of the power semiconductor switch.

본 발명의 과제는 대칭적인 부하를 받을 수 있도록 인버터를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for controlling an inverter to be subjected to symmetrical loads.

상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 방법 및 청구항 제 14 항에 따른 장치에 의해 해결된다. The problem is solved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 14.

본 발명에 따라, 전술한 방식의 공간 벡터 펄스폭 변조를 이용해서 인버터를 제어하기 위한 방법이 제공되고, 상기 펄스폭 변조 주기 동안 하나의 스위치의 스위치 온 지속시간이 미리 규정된 임계값에 미달되는 경우에, 펄스폭 변조 주기 동안 스위치들의 스위치 온 지속시간들이 연장된다.According to the present invention, there is provided a method for controlling an inverter using space vector pulse width modulation in the manner described above, wherein a switch on duration of one switch during said pulse width modulation period is less than a predefined threshold. In the case, the switch on durations of the switches are extended during the pulse width modulation period.

또한 본 발명에 따라 전술한 방식의 인버터를 제어하기 위한 장치가 제공되고, 제어 유닛은, 펄스폭 변조 주기 동안 스위치들 중 하나의 스위치의 스위치 온 지속시간이 미리 규정된 임계값에 미달되는 경우에, 펄스폭 변조 주기 동안 스위치의 스위치 온 지속시간들을 연장하도록 형성된다.There is also provided an apparatus for controlling an inverter of the above-described manner according to the present invention, wherein the control unit is provided in a case where the switch-on duration of one of the switches during the pulse width modulation period is less than a predefined threshold value. The switch on durations of the switch during the pulse width modulation period.

또한 본 발명에 따라, 구동 출력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전기 기계, 전기 기계를 제어하기 위한 인버터 및 전술한 방식의 인버터를 제어하기 위한 장치를 포함하는 차량 구동 트레인이 제공된다.According to the invention there is also provided a vehicle drive train comprising at least one electric machine for providing a drive output, an inverter for controlling the electric machine and a device for controlling the inverter of the above-described manner.

전반적으로 스위치의 더 짧은 스위치 온 지속시간들이 설정되는 경우, 스위치의 스위치 온 지속시간이 연장됨으로써, 스위치의 허용되지 않을 정도의 짧은 펄스 지속시간이 방지될 수 있으므로, 설정 가능한 작동 범위가 확대될 수 있다. 또한 이로 인해 인버터의 비대칭적인, 특히 열 부하가 방지될 수 있다. When shorter switch-on durations of the switch are set overall, the switch-on duration of the switch can be extended, thereby preventing an unacceptably short pulse duration of the switch, thereby extending the settable operating range. have. This also avoids asymmetrical, in particular thermal loads on the inverter.

바람직하게는 스위치의 평균 스위치 온 지속시간을 갖는 스위치의 스위치 온 지속시간이 사용된다. Preferably the switch on duration of the switch with the average switch on duration of the switch is used.

다시 말해서 두 번째로 긴 또는 두 번째로 짧은 스위치 온 지속시간을 갖거나 또는 스위치의 가장 길거나 가장 짧은 스위치 온 지속시간을 갖지 않는 스위치의 스위치 온 지속시간이 사용된다. In other words, the switch-on duration of the switch that has the second longest or second-shortest switch-on duration or does not have the longest or shortest switch-on duration of the switch is used.

이로 인해, 허용되지 않을 정도로 짧은 스위치 온 또는 오프 시간이 나타날 수 있는, 스위치들의 특히 임계적인 스위칭 시퀀스들이 간단한 수단으로 검출될 수 있다.Due to this, particularly critical switching sequences of the switches can be detected by simple means, which may result in an unacceptably short switch on or off time.

바람직하게 스위치들의 스위치 온 지속시간들은 각각 동일한 지속시간만큼 연장된다.Preferably the switch on durations of the switches are each extended by the same duration.

이로 인해 제공된 전압 공간 벡터는 변경되지 않고, 따라서 제어된 부하의 제어가 영향을 받지 않는다. This does not change the voltage space vector provided, so that control of the controlled load is not affected.

또한, 펄스폭 변조 주기 내에 가장 긴 스위치 온 지속시간을 갖는 스위치의 스위치 온 지속시간들은, 스위치가 전체 펄스폭 변조 주기에 걸쳐 스위치 온 되도록 연장되는 것이 바람직하다. In addition, the switch on durations of the switch having the longest switch on duration within the pulse width modulation period are preferably extended such that the switch is switched on over the entire pulse width modulation period.

이로 인해 전체 펄스폭 변조 주기 동안 제로 벡터들 중 하나의 제로 벡터가 생략될 수 있으므로, 인버터 내에서 목표한 부하 분배가 달성될 수 있고, 부하의 제어는 영향을 받지 않는다. This allows the zero load of one of the zero vectors to be omitted for the entire pulse width modulation period, so that the desired load distribution can be achieved in the inverter, and the control of the load is not affected.

또한, 스위치의 스위치 온 지속시간들을 연장시키는 만큼의 지속시간은 펄스폭 변조 주기 지속시간과 가장 긴 스위치 온 지속시간을 갖는 스위치의 스위치 온 지속시간 사이의 차이에 상응하는 것이 바람직하다.Also, the duration as long as extending the switch on durations of the switch preferably corresponds to the difference between the pulse width modulation period duration and the switch on duration of the switch having the longest switch on duration.

이로 인해 스위치 온 지속시간이 변경될 수 있고, 이 경우 설정될 전압 공간 벡터는 변경되지 않고, 따라서 제어된 부하의 제어가 영향을 받지 않는다. This may change the switch-on duration, in which case the voltage space vector to be set is not changed, so that control of the controlled load is not affected.

또한, 스위치의 스위치 온 지속시간은 스위치의 펄스 듀티 레이트이고, 미리 규정된 임계값은 50%의 펄스 듀티 레이트인 것이 바람직하다. Further, it is preferable that the switch on duration of the switch is the pulse duty rate of the switch, and the predefined threshold is a pulse duty rate of 50%.

이로 인해 스위치의 스위치 온 지속시간들이 최소 제어 레벨에 가까운 임계적 제어 시퀀스들은 제어 기술적으로 간단한 방법에 의해 결정될 수 있고, 스위치의 제어는 상응하게 조정될 수 있다. This allows critical control sequences in which the switch on durations of the switch are close to the minimum control level can be determined by a control technically simple method and the control of the switch can be adjusted accordingly.

스위치의 스위치 온 지속시간이 미리 규정된 제 2 임계값을 초과하면, 스위치의 스위치 온 지속시간들이 단축되는 것이 바람직하다. If the switch on duration of the switch exceeds a second predefined threshold, then the switch on durations of the switch are preferably shortened.

이로 인해 스위치의 스위치 온 지속시간들은 최대 제어 레벨에 근사해지고 스위치의 제어가 상응하게 조정되는 상황이 검출될 수 있다. This allows the switch on durations of the switch to approximate the maximum control level and to detect a situation where the control of the switch is adjusted accordingly.

또한, 스위치들의 스위치 온 지속시간들은, 전체 펄스폭 변조 주기에 걸쳐 가장 짧은 스위치 온 지속시간을 갖는 스위치가 개방되도록 각각 동일한 지속시간 만큼 단축되는 것이 바람직하다. Further, the switch on durations of the switches are preferably shortened by the same duration, respectively, so that the switch with the shortest switch on duration over the entire pulse width modulation period is opened.

이로 인해 제로 벡터들 중 하나의 제로 벡터만이 생략됨으로써, 제공된 전압 공간 벡터 및 제어된 부하의 제어가 영향을 받지 않는다. This omits only the zero vector of one of the zero vectors, so that the control of the provided voltage space vector and the controlled load is not affected.

또한, 스위치의 스위치 온 지속시간이 제 1 및 제 2 임계값 사이의 미리 규정된 값 범위에 상응하면, 펄스폭 변조 주기 내에서 스위치의 관련 스위치 온 펄스들이 시프트 되는 것이 바람직하다. Also, if the switch on duration of the switch corresponds to a predefined range of values between the first and second thresholds, it is preferable that the relevant switch on pulses of the switch are shifted within the pulse width modulation period.

이로 인해 하나의 제어 상황으로부터 다른 제어 상황으로 이행시 2개의 스위칭 과정 사이의 최소 간격이 보장될 수 있고, 따라서 스위치 온 지속시간 또는 스위치 오프 지속시간들은 제어 레벨의 한계를 초과하지 않는다. This ensures a minimum interval between the two switching processes when transitioning from one control situation to another, so that the switch on duration or switch off durations do not exceed the limit of the control level.

또한 제 1 및 제 2 임계값이 동일한 것이 바람직하다. It is also preferred that the first and second thresholds are the same.

이로 인해 스위치 온 지속시간의 단축과 스위치 온 지속시간의 연장 사이의 이행은 간단한 수단에 의해 형성될 수 있다.This allows a transition between shortening the switch on duration and extending the switch on duration by a simple means.

스위치 온 지속시간이 제 1 임계값보다 큰 값으로부터 제 1 임계값보다 작은 값으로 변경되면, 스위치의 스위치 온 펄스들이 펄스폭 변조 주기의 종료로 시프트되는 것이 바람직하다. If the switch on duration is changed from a value larger than the first threshold value to a value smaller than the first threshold value, it is preferable that the switch on pulses of the switch are shifted to the end of the pulse width modulation period.

이로 인해 스위치들 중 하나의 스위치의 지속적인 스위치 온으로 이행이 간단한 수단에 의해 형성될 수 있다. This allows the transition to continuous switch-on of one of the switches by means of simple means.

또한, 스위치의 스위치 온 지속시간들이 제 2 임계값보다 작은 값으로부터 제 2 임계값보다 큰 값으로 변경되면, 스위치의 스위치 온 펄스는 펄스폭 변조 주기의 시작으로 시프트되는 것이 바람직하다. Also, if the switch on durations of the switch are changed from a value less than the second threshold value to a value greater than the second threshold value, the switch on pulse of the switch is preferably shifted to the start of the pulse width modulation period.

이로 인해 스위치들 중 하나의 스위치가 지속적으로 스위치 온 되는 펄스폭 변조 주기로부터 스위치들 중 하나의 스위치가 지속적으로 스위치 오프 되는 펄스폭 변조 주기로 이행이 설정될 수 있으므로, 스위치의 온 스위치 온 지속시간과 스위치 오프 지속시간이 허용되지 않는 값을 초과하지 않는다.This can set the transition from a pulse width modulation period in which one of the switches is continuously switched on to a pulse width modulation period in which one of the switches is continuously switched off. The switch off duration does not exceed the unacceptable value.

스위치 온 펄스를 선행하는 해당 펄스폭 변조 주기와 후속 펄스폭 변조 주기 에 맞게 조정하기 위해, 정확히 하나의 펄스폭 변조 주기 내에서 스위치의 스위치 온 펄스가 시프트되는 것이 특히 바람직하다. It is particularly desirable for the switch on pulses of the switch to be shifted within exactly one pulse width modulation period in order to adjust the switch on pulses to the corresponding pulse width modulation period and subsequent pulse width modulation periods.

또한, 관련 스위치의 스위치 온 펄스가 세분되고, 세분된 스위치 온 펄스들이 각각 펄스폭 변조 주기의 시작 및 종료로 시프트되는 것이 바람직하다. It is also desirable that the switch on pulses of the associated switches are subdivided and the subdivided switch on pulses are shifted to the beginning and end of the pulse width modulation period, respectively.

이로 인해 펄스폭 변조 주기들은 각각 제로 전압 벡터로 시작하고 종료될 수 있다. This allows the pulse width modulation periods to start and end with zero voltage vectors, respectively.

결과적으로 본 발명에 의해 설정 가능한 작동 범위가 확대될 수 있는데, 그 이유는 허용되지 않은 스위치 온 또는 스위치 오프 지속시간을 갖는 스위칭 상태들이 동일한 전압 공간 벡터를 설정하는 스위칭 시퀀스로 대체될 수 있기 때문이다. 또한 스위치 온 지속시간들의 변동에 의해 그리고 특히 무전압으로 스위칭되는 스위칭 상태들 또는 제로 벡터들의 변경에 의해 인버터는 전반적으로 더 대칭적으로 부하를 받을 수 있다. As a result, the settable operating range can be extended by the present invention, since switching states with disallowed switch-on or switch-off durations can be replaced by switching sequences that set the same voltage space vector. . The inverter can also be more generally symmetrically loaded by variations in the switch-on durations and in particular by changing the switching states or zero vectors which are switched to no voltage.

본 발명에 따른 방법의 특징, 특성 및 장점들은 본 발명에 따른 장치에 상응하게 해당하거나 적용될 수 있다. The features, characteristics and advantages of the method according to the invention may correspond or apply correspondingly to the device according to the invention.

도 1은 전기 기계를 제어하기 위한 인버터를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 인버터를 제어하기 위한 공간 벡터 변조 방법을 설명하기 위한 복소 벡터다이어그램.
도 3은 상이한 전압 공간 벡터를 설정하기 위한 3개의 상전압의 특성곡선을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 제어 가능한 스위치들 중 하나의 스위치가 지속적으로 스위치 오프 되는 펄스폭 변조 주기의 3개의 상전압의 특성곡선을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 최소 제어 레벨이 달성될 수 있는 3개의 상전압의 특성곡선을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 제어 가능한 스위치들 중 하나의 스위치가 지속적으로 스위치 온 되는 펄스폭 변조 주기 내의 3개의 상전압의 특성곡선을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 공간 벡터 변조의 상이한 제어 범위를 설명하기 위한 복소 벡터다이어그램을 개략적으로 도시한 도면.
도 8a 및 도 8b는 50%보다 큰 평균 펄스 듀티 레이트를 갖는 펄스폭 변조 주기 내의 3개의 상전압을 개략적으로 도시한 도면.
도 9a 및 도 9b는 50%보다 작은 평균 펄스 듀티 레이트를 갖는 펄스폭 변조 주기 내의 3개의 상전압을 개략적으로 도시한 도면.
도 10a 및 도 10b는 펄스폭 변조 주기의 시작 및 종료로 전압 펄스들이 시프드되는 펄스폭 변조 주기 내의 3개의 상전압을 개략적으로 도시한 도면.
도 11a 및 도 11b는 인버터의 제어의 이행 범위에서 펄스폭 변조 주기 내의 3개의 상전압을 개략적으로 도시한 도면.
도 12a 및 도 12b는 인버터의 2개의 제어 방식 사이의 이행 범위에서 펄스폭 변조 주기 내의 3개의 상전압의 특성곡선을 개략적으로 도시한 도면. 1 shows schematically an inverter for controlling an electrical machine;
2 is a complex vector diagram for explaining a space vector modulation method for controlling an inverter.
FIG. 3 schematically shows characteristic curves of three phase voltages for setting different voltage space vectors. FIG.
4 schematically illustrates the characteristic curve of three phase voltages of a pulse width modulation period in which one of the controllable switches is continuously switched off;
5 schematically illustrates the characteristic curve of three phase voltages at which a minimum control level can be achieved.
FIG. 6 schematically shows the characteristic curve of three phase voltages in a pulse width modulation period in which one of the controllable switches is continuously switched on; FIG.
7 schematically illustrates a complex vector diagram for illustrating different control ranges of spatial vector modulation.
8A and 8B schematically illustrate three phase voltages within a pulse width modulation period having an average pulse duty rate greater than 50%.
9A and 9B schematically illustrate three phase voltages within a pulse width modulation period having an average pulse duty rate of less than 50%.
10A and 10B schematically show three phase voltages within a pulse width modulation period in which voltage pulses are shifted to the beginning and end of a pulse width modulation period.
11A and 11B schematically show three phase voltages within a pulse width modulation period in the transition range of control of the inverter.
12A and 12B schematically show characteristic curves of three phase voltages within a pulse width modulation period in a transition range between two control schemes of an inverter.

도 1에서 스위치들(S)은 스위치가 제공하는 위상(U, V, W)에 따라 그리고 직류 전압원(12)의 높은 전위에 할당 또는 직류 전압원(12)의 낮은 전위에 할당에 따라 SHA, SLA, SHB, SLB, SHC, SLC로 표시된다. 상응하게, 프리휠링 다이오드도 DHA, DLA, DHB, DLB, DHC, DLC로 표시된다. In FIG. 1, the switches S are SHA, SLA depending on the phase (U, V, W) provided by the switch and assigned to the high potential of the DC voltage source 12 or to the low potential of the DC voltage source 12. , SHB, SLB, SHC, SLC. Correspondingly, the freewheeling diodes are also denoted DHA, DLA, DHB, DLB, DHC, DLC.

스위치들(S)이 교대로 개방 및 폐쇄됨으로써 위상 도체들(U, V, W) 사이에 각각 제어 전압이 인가되므로, 상응하게 전기 기계(14)를 구동하는 각각 하나의 상전류(IU, IV, IW)가 설정된다. 인버터(10)는 바람직하게 반도체 스위치에 의해 형성된다. 특정한 특성곡선을 갖는 상전압을 제공하고, 전압 공간 벡터를 제공하고, 전기 기계(14)에 적절하게 전류 공간 벡터 형태의 상전류들(IU, IV, IW)을 공급하기 위해, 인버터의 스위치들은 개략적으로 도시된 제어유닛(18)에 의해 교대로 개방 및 폐쇄된다. 이 경우 전압 벡터는 인버터(10)에 의해 제공되고, 따라서 전류 공간 벡터는 제어되는 부하에 따라 적절하게 설정된다.Since the switches S are alternately opened and closed, a control voltage is applied between the phase conductors U, V, and W, respectively, so that each one of the phase currents IU, IV, IW) is set. The inverter 10 is preferably formed by a semiconductor switch. In order to provide a phase voltage with a specific characteristic curve, to provide a voltage space vector, and to supply the electric machine 14 with the phase currents IU, IV, IW in the form of a current space vector, the switches of the inverter are roughly It is alternately opened and closed by the control unit 18 shown. In this case, the voltage vector is provided by the inverter 10, so that the current space vector is appropriately set according to the controlled load.

도 2에는 3상 전기 부하(14) 또는 전기 기계(14)를 제어하기 위한 공간 벡터 변조를 설명하는 복소 벡터다이어그램이 도시되고, 도면부호 20으로 표시된다. 2 shows a complex vector diagram illustrating a spatial vector modulation for controlling a three-phase electric load 14 or an electric machine 14, and is indicated with reference numeral 20.

벡터다이어그램(20)에 전기 기계(14)의 제어각(α)을 갖는 전압 벡터(V*)가 도시된다. 벡터다이어그램(20)에 또한 6개의 기본 전압 벡터(V1, V2, V3, V4, V5, V6)가 도시되고, 상기 전압 벡터들은 인버터(10)의 하나 또는 2개의 스위치(S)가 폐쇄되고 전기 기계가 상응하게 제어되는 경우에 제공된다. 이 실시예에서 기본 전압 벡터들(V1, V2) 사이에 제어각(α)을 갖고 최대 길이를 갖는 전압 벡터(V*)를 설정하기 위해, 상기 전압 벡터는 기본 전압 벡터(V1, V2)에 따라 인버터(10)가 교대로 제어됨으로써 구현된다. 2개의 기본 전압 벡터(V1, V2)는 미리 규정된 스위칭 주파수에 의해 교대로 설정되므로, 기본 전압 벡터(V1, V2)의 스위치 온 지속시간이 동일한 경우에 30°의 위상각을 갖는 전압 벡터(V*)가 주어된다. 더 큰 제어각(α)을 갖는 전압 벡터(V*)가 설정되어야 하는 경우에, 상응하게 기본 전압 벡터(V2)의 스위치 온 지속시간이 연장되고, 기본 전압 벡터(V1)의 스위치 온 지속시간은 단축된다. 이로 인해 인버터(10)의 스위치들(S)의 클록 방식의 제어에 의해 임의의 제어각(α)을 갖는 전압 공간 벡터(V*)가 구현될 수 있다. Shown on the vector diagram 20 is a voltage vector V * having a control angle α of the electric machine 14. Also shown in the vector diagram 20 are six basic voltage vectors V1, V2, V3, V4, V5, V6, which are one or two switches S of the inverter 10 closed and Provided that the machine is controlled accordingly. In this embodiment, in order to set the voltage vector V * having the maximum length and the control angle α between the base voltage vectors V1 and V2, the voltage vector is applied to the base voltage vectors V1 and V2. Accordingly, the inverter 10 is implemented by alternating control. Since the two basic voltage vectors V1 and V2 are alternately set by a predetermined switching frequency, the voltage vector having a phase angle of 30 ° when the switch-on duration of the basic voltage vectors V1 and V2 is the same ( V *) is given. If a voltage vector V * having a larger control angle α is to be set, the switch-on duration of the base voltage vector V2 is correspondingly extended, and the switch-on duration of the base voltage vector V1 is extended. Is shortened. As a result, a voltage space vector V * having an arbitrary control angle α may be implemented by clockwise control of the switches S of the inverter 10.

도 2에 도시된 경우처럼 기본 전압 공간 벡터(V1, V2)보다 더 작은 크기(더 작은 길이)를 갖는 전압 벡터(V*)가 설정되어야 하는 경우에, 상응하게 인버터(10)의 상부면에 있는 스위치들(SHA, SHB, SHC) 또는 하부면에 있는 스위치들(SLA, SLB, SLC)이 개방되는 제로 전압 벡터들(V0, V7) 중 하나의 벡터가 설정된다. 각각의 다른 스위치들(S)은 따라서 폐쇄된다. 상응하게 전압 벡터(V*)는 기본 전압 공간 벡터(V1, V2)와 제로 전압 벡터들(V0, V7) 중 하나의 제로 전압 백터의 조합에 의해 구현될 수 있다. In the case where the voltage vector V * having a smaller size (smaller length) than the basic voltage space vectors V1 and V2 is to be set as shown in FIG. 2, the upper surface of the inverter 10 is correspondingly provided. A vector of one of the zero voltage vectors V0 and V7 in which the switches SHA, SHB, SHC or the switches SLA, SLB, SLC on the bottom surface are opened is set. Each of the other switches S is thus closed. Correspondingly, the voltage vector V * may be implemented by a combination of the base voltage space vectors V1 and V2 and the zero voltage vector of one of the zero voltage vectors V0 and V7.

전기 부하(14) 또는 전기 기계(14)에 전류 공급을 위해 전압 공간 벡터(V*)가 제공되고, 이로써 상이한 기본 전압 공간 벡터들(V1-V16)과 제로 전압 벡터들(V0, V7)은 신속한 순서로 차례로 설정된다. 이로 인해 인버터(10)의 상이한 스위치들(S) 및 상이한 프리휠링 다이오드들(D)은 전압 공간 벡터(V*)가 빠르게 회전하는 경우에 균일하게 부하를 받고, 특히 위상에 따라 더욱 균일하게 부하를 받는다. 전압 공간 벡터(V*)의 회전 주파수가 매우 낮거나 또는 0인 경우에, 예를 들어 전기 기계(10)의 속도가 낮을 때, 위상(U, V, W)의 인버터(10)의 해당 스위치(S) 및 프리휠링 다이오드(D)는 오랜 시간 범위에 걸쳐 부하를 받으므로, 해당 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)의 과부하가 발생할 수 있고, 인버터(10)의 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)은 전반적으로 불균일하게, 특히 위상에 따라 불균일하게 부하를 받는다. 개별 스위치(S) 및 프리휠링 다이오드(D)의 과부하를 방지하기 위해, 상이한 스위치들(S) 및 프리휠링 다이오드들(D)에 부하를 분배하기 위한 조치가 취해져야 한다. The voltage space vector V * is provided for supplying current to the electrical load 14 or the electrical machine 14, whereby different basic voltage space vectors V1-V16 and zero voltage vectors V0, V7 are provided. Set in turn in quick order. As a result, different switches S and different freewheeling diodes D of the inverter 10 are uniformly loaded when the voltage space vector V * rotates rapidly, in particular the load is more uniform according to the phase. Receive. If the rotational frequency of the voltage space vector V * is very low or zero, for example when the speed of the electrical machine 10 is low, the corresponding switch of the inverter 10 of the phases U, V, W Since the S and the freewheeling diode D are loaded over a long time range, overloading of the corresponding switches S and the freewheeling diodes D may occur, and the switches of the inverter 10 S) and the freewheeling diodes D are generally unevenly loaded, in particular unevenly according to phase. In order to prevent overloading the individual switches S and freewheeling diodes D, measures must be taken to distribute the load to the different switches S and freewheeling diodes D.

도 3에 기본 전압 공간 벡터들(V0, V1, V2, V7)을 차례로 설정하기 위한 펄스폭 변조 주기(T) 내의 3개의 위상들(U, V, W)의 상전압의 특성곡선들이 도시된다. 펄스폭 변조 주기(T) 내에 개별 기본 전압 공간 벡터들(V0, V1, V2, V7)의 스위치 온 지속시간(t0, t1, t2, t7)이 변경될 수 있으므로, 전압 공간 벡터(V*)가 정확하게 설정될 수 있다. 3 shows characteristic curves of the phase voltages of the three phases U, V, and W in the pulse width modulation period T for sequentially setting the basic voltage space vectors V0, V1, V2, and V7. . Since the switch-on durations t0, t1, t2, t7 of the individual basic voltage space vectors V0, V1, V2, V7 can be changed in the pulse width modulation period T, the voltage space vector V * Can be set correctly.

제어 가능한 스위치들의 관성에 따라 하나의 스위치의 2개의 스위칭 시점들 사이의 최소 시간 간격이 유지되어야 한다. 이러한 최소 간격은 스위치 온 시간들 사이 및 스위치 오프 시간들 사이에 필요하다. 소자들의 이러한 관성으로 인해 조절 가능한 작동 범위 및 최대 제어 레벨이 감소하고, 이것은 하기 식에 의해 계산된다:Depending on the inertia of the controllable switches, the minimum time interval between two switching points of one switch must be maintained. This minimum interval is needed between switch on times and between switch off times. This inertia of the elements reduces the adjustable operating range and maximum control level, which is calculated by the equation:

A_Max =(T - 2* t_Min)/TA_Max = (T-2 * t_Min) / T

상기 식에서, T는 펄스폭 변조 주기 지속시간이고, t_Min은 2개의 스위칭 시점 사이의 최소 간격이다. 2*t_Min보다 작은 지속시간을 갖는 스위칭 시퀀스가 요구되는 경우에, 상기 지속시간은 인버터(10)에 의해 설정될 수 없다. 상응하는 전압 공간 벡터(V*)를 설정할 수 있도록 하기 위해, 전압 특성곡선 또는 스위칭 시퀀스가 변경되어야 하고, 따라서 스위칭 상태들 사이의 시간 간격은 2*t_Min보다 크다. Where T is the pulse width modulation period duration and t_Min is the minimum interval between two switching points. In the case where a switching sequence having a duration of less than 2 * t_Min is required, the duration cannot be set by the inverter 10. In order to be able to set the corresponding voltage space vector V *, the voltage characteristic curve or switching sequence must be changed, so that the time interval between switching states is greater than 2 * t_Min.

작동 범위를 넓히기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속 시간들(t0-t7)을 단축하고, 제어 가능한 스위치들 중 하나의 스위치를 전체 펄스폭 변조 주기(T)에 걸쳐 스위치 온 또는 스위치 오프 하지 않는 것이 개시되어 있다. In order to widen the operating range, the switch-on durations t 0- t 7 of the controllable switch S are shortened as shown in FIG. 4, and one of the controllable switches is switched to the entire pulse width modulation period. It is disclosed not to switch on or switch off over (T).

도 4에는 펄스폭 변조 주기(T) 내의 위상들(U, V, W)의 3개의 전압 특성곡선들이 도시되고, 상기 위상들은 스위칭 상태들(V0-V7)의 스위칭 시퀀스를 형성하고, 도 3의 스위칭 시퀀스에 의해 형성된 전압 공간 벡터(V*)에 상응하는 전압 공간 벡터(V*)를 설정한다. 도 4의 스위칭 시퀀스를 달성하기 위해, 제어 가능한 스위치(SHA, SHB)의 스위치 온 시간들, 즉 위상(U, V)의 상전압들은 스위치 온 시간(t7)만큼 감소하고, 위상(W)의 상전압은 전체 펄스폭 변조 주기(T)에 걸쳐 0으로 설정된다. 다시 말해서 제어 가능한 스위치들(S)의 모든 스위치 온 지속시간은 가장 짧게 스위치 온 되는 스위치(SHC)의 스위치 온 시간(t7)만큼 단축된다. 이로 인해 제로 전압 벡터(V7)의 스위치 온 시간만이 0으로 단축되고, 제로 전압 벡터(V0)는 해당 스위치 온 시간(t7)만큼 연장된다. 이러한 경우에 제로 전압 시간들(V0, V7)만이 변경되기 때문에, 도 4의 스위칭 시퀀스에 의해 도 3의 스위칭 시퀀스에 의해 설정된 것과 동일한 전압 공간 벡터(V*)가 설정된다. 도 3의 제로 전압 벡터(V7)의 스위치 온 시간(t7)이 최소 허용값에 도달하면, 이로써 상응하는 전압 공간 벡터(V*)가 설정될 수 있고, 이 경우 허용되지 않을 정도로 단축된 펄스는 설정되지 않는다. FIG. 4 shows three voltage characteristic curves of phases U, V and W in the pulse width modulation period T, which phases form a switching sequence of switching states V0-V7, and FIG. Set a voltage space vector V * corresponding to the voltage space vector V * formed by the switching sequence of. In order to achieve the switching sequence of FIG. 4, the switch on times of the controllable switches SHA and SHB, that is, the phase voltages of the phases U and V, decrease by the switch on time t 7 , and the phase W The phase voltage of is set to zero over the entire pulse width modulation period T. In other words, all the switch-on durations of the controllable switches S are shortened by the switch-on time t 7 of the switch SHC which is the shortest switch on. As a result, only the switch-on time of the zero voltage vector V7 is shortened to zero, and the zero voltage vector V0 is extended by the corresponding switch-on time t 7 . In this case, since only zero voltage times V0 and V7 are changed, the same voltage space vector V * as set by the switching sequence of FIG. 3 is set by the switching sequence of FIG. When the switch-on time t 7 of the zero voltage vector V7 of FIG. 3 reaches a minimum allowable value, a corresponding voltage space vector V * can be set, in which case a pulse shortened to an unacceptably short duration. Is not set.

도 5에 위상 도체들(U, V, W)의 3개의 상전압들이 개략적으로 도시되고, 상기 위상들은 2개의 스위칭 상태들 사이의 최소 가능한 2개의 간격들을 갖는 스위칭 시퀀스를 나타낸다. 도 5의 스위칭 시퀀스에서 스위치 온 시간(t4)의 지속시간은 t_Min/2이고, 스위치 온 시간(t7)의 지속시간은 t_Min이다. 이러한 스위칭 시퀀스에 대해 제어 가능한 스위치들(S)의 스위치 온 지속시간들이 가장 짧은 스위치 온 시간(t7)만큼 단축되는 경우에, 스위치의 2개의 스위칭 과정 사이의 최소 가능한 간격에 도달하는 위상(V)의 전압 펄스가 설정된다. 스위치 온 시간(t4)이 더 감소하면, 최소 스위치 온 시간(t_Min)에 미달되므로, 도 4에서 설명된 스위치 온 시간의 단축에 의한 범위의 확장을 위한 방법은 이 경우에 적용될 수 없다. Three phase voltages of phase conductors U, V and W are schematically shown in FIG. 5, which phases represent a switching sequence with at least two possible intervals between two switching states. In the switching sequence of FIG. 5, the duration of the switch on time t 4 is t_Min / 2, and the duration of the switch on time t 7 is t_Min. When the switch-on durations of the controllable switches S for this switching sequence are shortened by the shortest switch-on time t 7 , the phase V reaching the minimum possible distance between the two switching processes of the switch. Voltage pulse) is set. If the switch-on time t 4 further decreases, it is less than the minimum switch-on time t_Min, and thus the method for extending the range by shortening the switch-on time described in FIG. 4 cannot be applied in this case.

도 6에 위상(U, V, W)의 3개의 상전압이 개략적으로 도시되고, 위상들은 도 5의 스위칭 시퀀스와 동일한 전압 공간 벡터(V*)를 제공한다. 전압 펄스의 허용되지 않은 단축을 방지하기 위해, 도 5의 전압 특성곡선들로부터 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 시간이 동일한 지속시간만큼 연장되었으므로, 위상(W)의, 제어 가능한 스위치(SHC)의 스위치 온 지속시간은 전체 펄스폭 변조 주기로 연장된다. 다시 말해서 스위칭 상태(V0)의 지속시간(t0)은 0으로 감소하고, 제어 가능한 스위치(SHA, SHB)의 스위치 온 지속시간들은 2*t0만큼 연장된다. 다시 말해서 제로 전압 벡터(V7)의 스위치 온 시간은 제로 전압 벡터(V0)의 희생으로 연장된다. 이로써 전체 펄스폭 변조 주기(T) 동안 제로 전압 벡터들(V0, V7) 중 하나의 제로 전압 벡터만이 사용된다. 제로 전압 벡터들(V0, V7)은 제공된 전압 공간 벡터(V*)에 영향을 미치지 않기 때문에, 전압 공간 벡터(V*)는 영향을 받지 않는다. 스위치 온 시간들이 이렇게 연장됨으로써 인버터(10)의 작동 범위가 확장될 수 있고, 허용되지 않을 정도로 짧은 전압 펄스가 설정되는 것이 방지될 수 있다. Three phase voltages of phases U, V, and W are schematically shown in FIG. 6, which phases provide the same voltage space vector V * as the switching sequence of FIG. 5. In order to prevent an unacceptable shortening of the voltage pulse, the controllable switch SHC of the phase W is extended from the voltage characteristic curves of FIG. 5 since the switch-on time of the controllable switch S has been extended by the same duration. The switch-on duration of is extended to the full pulse width modulation period. In other words, the duration t0 of the switching state V0 is reduced to zero, and the switch-on durations of the controllable switches SHA and SHB are extended by 2 * t0. In other words, the switch-on time of the zero voltage vector V7 is extended at the expense of the zero voltage vector V0. Thus, only one zero voltage vector of zero voltage vectors V0 and V7 is used during the entire pulse width modulation period T. Since the zero voltage vectors V0 and V7 do not affect the provided voltage space vector V *, the voltage space vector V * is not affected. This extended switch on times can extend the operating range of the inverter 10 and prevent the setting of an unacceptably short voltage pulse.

펄스폭 변조 주기(T) 내에서 스위치(S)의 평균 스위치 온 지속시간을 갖는 제어 가능한 스위치(S)의 펄스 듀티 레이트가 50%보다 작은 경우에, 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속시간의 이러한 연장 방법이 바람직하게 사용된다. 다시 말해서 2개의 스위치들(S)이 50%보다 작은 펄스 듀티 레이트를 갖는 경우에 바람직하게 상기 방법이 사용된다. 펄스폭 변조 주기(T) 내에 스위치(S)의 평균 스위치 온 지속시간을 갖는 스위치(S)의 펄스 듀티 레이트가 50%보다 큰 경우에, 즉, 2개의 스위치(S)가 50%보다 큰 펄스 듀티 레이트를 갖는 경우에, 바람직하게 도 4에 도시된 바와 같이 제어 가능한 스위치들(S)의 스위치 온 지속시간들이 단축된다. 이로써 스위칭 시퀀스에 따라 스위치 온 지속시간들이 상응하게 변경될 수 있으므로, 인버터(10)의 작동 범위가 확장될 수 있고, 이 경우 허용되지 않을 정도로 짧은 전압 펄스는 설정되지 않는다. Switch-on duration of the controllable switch S when the pulse duty rate of the controllable switch S with the average switch-on duration of the switch S within the pulse width modulation period T is less than 50%. This extension method of is preferably used. In other words, the method is preferably used when the two switches S have a pulse duty rate of less than 50%. If the pulse duty rate of the switch S with the average switch on duration of the switch S in the pulse width modulation period T is greater than 50%, that is, the two switches S are greater than 50% In the case of a duty rate, the switch on durations of the controllable switches S are preferably shortened as shown in FIG. 4. This allows the switch-on durations to be changed correspondingly according to the switching sequence, so that the operating range of the inverter 10 can be extended, in which case no voltage pulses which are unacceptably short are set.

도 7에 전기 부하의 제어를 위한 3개의 상전압(U, V, W)을 포함하는 복소 벡터다이어그램이 개략적으로 도시되고, 도면부호 30으로 표시된다. In FIG. 7, a complex vector diagram including three phase voltages U, V, and W for control of an electrical load is schematically illustrated and denoted by 30.

3개의 상전압(U, V, W)은 양 및 음의 전압 벡터에 의해 6각형을 형성하고, 이 경우 양의 상전압(U, V, W)은 기본 전압 벡터(V1, V3, V5)에 해당하고, 상전압(U, V, W)의 음의 측은 도 2의 기본 전압 벡터(V2, V4, V6)에 해당한다. The three phase voltages (U, V, W) form a hexagon by positive and negative voltage vectors, in which case the positive phase voltages (U, V, W) are the basic voltage vectors (V1, V3, V5). The negative side of the phase voltages U, V, and W corresponds to the basic voltage vectors V2, V4, and V6 of FIG.

복소 벡터다이어그램(30)은 6개의 상이한 제어 범위(32, 34, 36, 38, 40, 42)로 분할되고, 상기 범위들은 각각 하나의 기본 전압 벡터(V1-V6) 주위에 형성된다. 양의 상전압(U, V, W) 또는 기본 전압 공간 벡터(V1, V3, V5) 주위에 형성된 제어 범위(32, 36, 40)에서, 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 시간 또는 제어 가능한 스위치(S)의 펄스 듀티 레이트는 매우 짧은 반면, 2개의 다른 스위치 온 시간 또는 펄스 듀티 레이트는 비교적 길다. 음의 상전압(U, V, W) 또는 기본 전압 공간 벡터(V2, V4, V6) 주위에 형성된 제어 범위(34, 38, 42)에서, 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 시간 또는 제어 가능한 스위치(S)의 펄스 듀티 레이트는 비교적 긴 반면, 다른 2개의 스위치 온 시간 또는 펄스 듀티 레이트는 비교적 짧다. The complex vector diagram 30 is divided into six different control ranges 32, 34, 36, 38, 40, 42, each of which is formed around one basic voltage vector V1 -V6. In the control range 32, 36, 40 formed around the positive phase voltage U, V, W or the fundamental voltage space vectors V1, V3, V5, the switch-on time or controllable of the controllable switch S The pulse duty rate of the switch S is very short, while the two different switch on times or pulse duty rates are relatively long. In the control range 34, 38, 42 formed around the negative phase voltage U, V, W or the fundamental voltage space vectors V2, V4, V6, the switch-on time or controllable of the controllable switch S The pulse duty rate of the switch S is relatively long, while the other two switch on times or pulse duty rates are relatively short.

전술한 바와 같이, 2개의 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속시간들이 비교적 짧은 경우에, 제어 가능한 스위치들(S)의 스위치 온 지속 시간들을 단축하는 것은 바람직하지 않다. 또한 2개의 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속시간들이 비교적 긴 경우에, 스위치(S)의 스위치 온 지속시간을 연장하는 것은 바람직하지 않다. 이러한 경우에 상황에 따라서 허용된 펄스폭보다 작은 전압 펄스가 설정된다. 다시 말해서, 2개의 제어 가능한 스위치(S)가 비교적 짧은 스위치 온 지속시간 또는 작은 펄스 듀티 레이트를 가지면, 제어 가능한 스위치들(S)의 스위치 온 지속시간들이 연장되는 것이 바람직하고, 또는 2개의 제어 가능한 스위치(S)가 스위치 온 지속 시간 또는 큰 펄스 듀티 레이트를 가지면, 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속시간이 단축되는 것이 바람직하다. As described above, in the case where the switch on durations of the two controllable switches S are relatively short, it is undesirable to shorten the switch on durations of the controllable switches S. FIG. It is also undesirable to extend the switch on duration of the switch S when the switch on durations of the two controllable switches S are relatively long. In this case, a voltage pulse smaller than the allowed pulse width is set depending on the situation. In other words, if the two controllable switches S have a relatively short switch on duration or a small pulse duty rate, the switch on durations of the controllable switches S are preferably extended, or two controllable If the switch S has a switch on duration or a large pulse duty rate, it is preferable that the switch on duration of the controllable switch S is shortened.

따라서 전압 공간 벡터(V*)에 대한 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속시간들은 제어 범위(32, 36, 40)에서 연장되고, 제어 범위(34, 38, 42)에서 단축된다. The switch-on durations of the controllable switch S with respect to the voltage space vector V * thus extend in the control ranges 32, 36, 40 and are shortened in the control ranges 34, 38, 42.

관련 제어 범위들(32-42)은 각각의 임계값(44)에 의해 서로 구분된다. 임계값(44)은 펄스폭 변조 주기(T)의 내에서 스위치(S)의 평균 스위치 온 지속시간을 갖는 제어 가능한 스위치의 펄스 듀티 레이트가 50%인 한계를 형성한다. 이로써 펄스 듀티 레이트의 평균이 50%보다 작거나 큰 경우에, 제어 방법들 사이에서, 즉 스위치 온 지속시간의 단축 또는 연장 사이에서 스위치가 전환된다. Relevant control ranges 32-42 are distinguished from each other by respective thresholds 44. Threshold 44 defines a limit within which the pulse duty rate of a controllable switch having an average switch on duration of switch S within a pulse width modulation period T is 50%. This switches the switch between control methods, i.e. between shortening or extending the switch-on duration, when the average of the pulse duty rate is less than or greater than 50%.

펄스 듀티 레이트의 평균이 정확히 50%인 경우에, 바람직하게 임의적으로 2개의 제어 방법 중 하나가 선택된다. In the case where the average of the pulse duty rate is exactly 50%, one of the two control methods is optionally chosen arbitrarily.

도 8a 및 도 8b에 펄스 듀티 레이트의 평균이 50%보다 크고, 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속시간들 또는 제어 가능한 스위치(S)의 펄스 듀티 레이트가 상응하게 단축되는 제어 시퀀스가 개략적으로 도시된다. 도 8a에 도시된 상기 제어 시퀀스는 제어 범위(34, 38, 42)에 해당하므로, 스위치(S)의 스위치 온 지속시간들 또는 펄스 듀티 레이트는 가장 짧은 스위치 온 지속시간을 갖는 스위치(SHB)의 스위치 온 지속시간만큼 단축된다. 이로 인해 도 8b에 도시된 제어 시퀀스가 발생하고, 이 경우 위상(U, W)의 상전압들은 상응하게 감소하고, 위상(V)의 상전압은 0으로 감소한다. 8A and 8B schematically show a control sequence in which the average of the pulse duty rate is greater than 50% and the switch-on durations of the controllable switch S or the pulse duty rate of the controllable switch S are correspondingly shortened. Shown. Since the control sequence shown in FIG. 8A corresponds to the control range 34, 38, 42, the switch on durations or pulse duty rates of the switch S may be the same as those of the switch SHB having the shortest switch on duration. Reduced by the switch on duration. This results in the control sequence shown in Fig. 8B, in which case the phase voltages of phases U and W are correspondingly reduced and the phase voltage of phase V is reduced to zero.

도 9a에 펄스 듀티 레이트의 평균이 50%보다 작은 제어 시퀀스가 도시된다. 상기 제어 시퀀스는 이로써 제어 범위들(32, 36, 40)중 하나의 제어 범위에 해당한다. 허용되지 않을 정도로 단축된 전압 펄스를 방지하기 위해, 이러한 제어 시퀀스에서 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속시간들은 연장되고, 즉 가장 긴 스위치 온 지속시간 또는 최대 펄스 듀티 레이트를 갖는 스위치, 이 경우 위상(U)의 제어 가능한 스위치(SHA)는, 전체 펄스폭 변조 주기(T)에 걸쳐 스위치 온 되도록 연장된다. 다른 2개의 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속시간들은 상응하게 동일한 지속시간만큼 연장된다. 스위치 온 지속시간의 이러한 연장에 의해 도 9b에 도시된 제어 시퀀스가 나타난다. 9A, a control sequence is shown with an average of pulse duty rates of less than 50%. The control sequence thus corresponds to the control range of one of the control ranges 32, 36, 40. In order to prevent an unacceptably shortened voltage pulse, the switch on durations of the controllable switch S in this control sequence are extended, i.e. the switch with the longest switch on duration or maximum pulse duty rate, in this case The controllable switch SHA of the phase U extends to be switched on over the entire pulse width modulation period T. The switch on durations of the other two controllable switches S are correspondingly extended by the same duration. This extension of the switch on duration results in the control sequence shown in FIG. 9B.

도 8a, 도 8b 및 도 9a에서, 각각의 펄스폭 변조 주기(T)의 시작 및 종료시 인버터(10)가 제로 전압 벡터(V0, V7)로 제어되도록, 상전압 또는 상전압의 전압 펄스가 형성된다. 도 9b에서 펄스폭 변조 주기(T)의 전체 길이로 상전압의 연장에 의해, 펄스폭 변조 주기가 기본 전압 공간 벡터(V1)로 시작되고, 기본 전압 공간 벡터(V1)로 종료된다. 각각의 펄스폭 변조 주기(T)가 제로 전압 벡터(V0, V7)로 시작하고 종료할 수 있게 하기 위해, 상전압(V, W) 또는 상전압(V, W)의 전압 펄스는 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이 변경되어야 한다. 8A, 8B and 9A, the voltage pulses of phase voltage or phase voltage are formed such that the inverter 10 is controlled by zero voltage vectors V0 and V7 at the start and end of each pulse width modulation period T. do. By extending the phase voltage to the full length of the pulse width modulation period T in Fig. 9B, the pulse width modulation period starts with the basic voltage space vector V1 and ends with the basic voltage space vector V1. To enable each pulse width modulation period T to start and end with zero voltage vectors V0 and V7, the voltage pulses of phase voltage V, W or phase voltage V, W are described in detail below. It must be changed as described.

도 10a에 도 9a의 제어 시퀀스에 상응하는 제어 시퀀스가 도시된다. 도 9a의 실시예에서처럼, 이러한 제어 상황에서 3개의 상전압(U, V, W)의 전압 펄스들이 연장되므로, 가장 긴 스위치 온 지속시간 또는 최대 펄스 듀티 레이트를 갖는 스위치, 이 경우에 위상(U)의 제어 가능한 스위치(SHA)는, 전체 펄스폭 변조 주기(T)에 걸쳐 스위치 온 되도록 연장된다. 다른 2개의 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 지속시간들은 상응하게 동일한 지속시간만큼 연장된다. 10A shows a control sequence corresponding to the control sequence of FIG. 9A. As in the embodiment of Fig. 9a, in this control situation the voltage pulses of three phase voltages U, V, W are extended, so that the switch with the longest switch-on duration or maximum pulse duty rate, in this case phase U Controllable switch SHA is extended to be switched on over the entire pulse width modulation period T. The switch on durations of the other two controllable switches S are correspondingly extended by the same duration.

도 10b에 상전압(V, W)의 전압 펄스의 변동이 도시된다. 전압 펄스는, 펄스폭 변조 주기(T)가 각각 제로 전압 벡터(V0, V7)에 의해 시작하고 종료하도록 배치된다. 상전압(U, W)의 결과되는 연장된 전압 펄스들은 세분되고, 이렇게 형성된 부분 전압 펄스들은 펄스폭 변조 주기(T)의 시작 및 종료로 시프트된다. The variation of the voltage pulses of the phase voltages V and W is shown in FIG. 10B. The voltage pulses are arranged such that the pulse width modulation period T starts and ends with zero voltage vectors V0 and V7, respectively. The resulting extended voltage pulses of phase voltages U and W are subdivided and the partial voltage pulses thus formed are shifted to the beginning and end of the pulse width modulation period T.

이로 인해 펄스폭 변조 주기의 시작시 제로 전압 벡터(V7)가 스위칭 되고, 펄스폭 변조 주기(T)의 종료시에도 제로 전압 벡터(V7)가 스위칭 된다. 기본적으로 제로 전압 벡터들(V0, V7)은 펄스폭 변조 주기(T)의 중앙에서 가장자리로 이동되므로, 전기 부하(14) 또는 전압 공간 벡터(V*)의 제어는 영향을 받지 않는다. As a result, the zero voltage vector V7 is switched at the start of the pulse width modulation period, and the zero voltage vector V7 is switched even at the end of the pulse width modulation period T. Basically, since the zero voltage vectors V0 and V7 are moved from the center to the edge of the pulse width modulation period T, the control of the electric load 14 or the voltage space vector V * is not affected.

도 11a에 위상(U, V, W)의 상전압이 도시되고, 이 경우 펄스 듀티 레이트의 평균은 50%이다. 상기 시퀀스는 제어 범위들(34, 38, 42) 중 하나의 범위로부터 제어 범위들(32, 36, 40)중 하나의 범위로 이행을 형성한다. 따라서, 이러한 제어 시퀀스는 스위치들(S)중 하나의 스위치가 전체 펄스폭 변조 주기에 걸쳐 폐쇄되는 범위와 제어 가능한 스위치들(S) 중 하나의 스위치가 전체 펄스폭 변조 주기에 걸쳐 개방되는 범위 사이의 이행을 형성한다. 이러한 이행 범위에서 허용되지 않은 전압 펄스 단축을 방지하기 위해, 3개의 상전압(U, V, W)의 또는 제어 가능한 스위치(S)의 스위치 온 펄스들은 펄스폭 변조 주기(T) 내에서 시간적으로 뒤로 시프트되므로, 허용되지 않을 정도로 단축된 전압 펄스가 방지된다. 전압 펄스의 이러한 시프트는 도 11b에 도시된다. The phase voltages of phases U, V, and W are shown in Fig. 11A, in which case the average of the pulse duty rate is 50%. The sequence forms a transition from one of the control ranges 34, 38, 42 to one of the control ranges 32, 36, 40. Thus, this control sequence is comprised between the range in which one of the switches S is closed over the entire pulse width modulation period and the range in which one of the controllable switches S is open over the entire pulse width modulation period. To form a transition. To prevent unacceptable voltage pulse shortening in this transition range, the switch-on pulses of the three phase voltages U, V, W or controllable switch S are temporally within the pulse width modulation period T. As it is shifted backwards, an unacceptably shortened voltage pulse is prevented. This shift of the voltage pulse is shown in FIG. 11B.

이와 달리, 제어 범위들(32, 36, 40)중 하나의 제어 범위로부터 제어 범위들(34, 38, 42)중 하나의 제어 범위로 이행시, 즉 도 9a에 도시된 스위치 온 시간의 연장으로부터 도 8a에 도시된 스위치 온 시간의 단축으로 이행 시 전압 펄스들은 펄스폭 변조 주기(T) 내에서 시간적으로 앞으로 시프트되거나, 또는 펄스폭 변조 주기(T)의 시작으로 시프트된다. 이러한 이행 시퀀스는 도 12a에 도시되고, 펄스폭 변조 주기(T)의 시작으로 해당 전압 펄스가 시프트되는 제어 시퀀스는 도 12b에 도시된다. Alternatively, when transitioning from one control range of control ranges 32, 36, 40 to one control range of control ranges 34, 38, 42, ie from an extension of the switch on time shown in FIG. 9A. Upon transition to the shortening of the switch-on time shown in FIG. 8A, the voltage pulses are shifted forward in time within the pulse width modulation period T, or shifted to the beginning of the pulse width modulation period T. FIG. This transition sequence is shown in FIG. 12A, and the control sequence in which the corresponding voltage pulse is shifted to the beginning of the pulse width modulation period T is shown in FIG. 12B.

이로써 인버터(10)의 설정 가능한 작동 범위가 확장될 수 있고, 허용되지 않을 정도로 단축된 전압 펄스가 방지될 수 있다. This makes it possible to extend the settable operating range of the inverter 10 and to avoid voltage pulses that are unduly shortened.

도 11b 및 도 12b의 시퀀스에서 펄스폭 변조 주기(T)는 각각 제로 전압 벡터들(V0, V7) 중 하나의 제로 전압 벡터로 시작하고, 제로 전압 벡터들(V0, V7) 중 다른 하나의 제로 전압 벡터로 종료한다. In the sequences of FIGS. 11B and 12B, the pulse width modulation period T starts with the zero voltage vector of one of the zero voltage vectors V0 and V7, respectively, and the zero of the other of the zero voltage vectors V0 and V7. Terminate with a voltage vector.

10 인버터
14 전기 기계
S 스위치
T 펄스폭 변조 주기
V* 전압 공간 벡터10 inverter
14 electric machines
S switch
T pulse width modulation period
V * voltage space vector

Claims (15)

공간 벡터 펄스폭 변조를 이용해서 인버터(10)를 제어하기 위한 방법으로서, 상기 인버터(10)는 다수의 제어 가능한 스위치들(S)을 포함하며, 전압 공간 벡터(V*) 형태의 다상 전압(U, V, W)을 제공하도록 형성되고, 상기 제어 가능한 스위치들(S)은, 상기 전압 공간 벡터(V*)를 제공하기 위해, 상기 스위치들(S)의 상이한 스위치 온 지속시간들이 설정되도록 그리고 상기 스위치들(S)의 다수의 연속하는 상이한 스위칭 상태들(V0-V7)이 설정되도록 제어되는, 상기 인버터를 제어하기 위한 방법에 있어서,
펄스폭 변조 주기(T) 동안 상기 스위치들(S) 중 하나의 스위치의 스위치 온 지속시간이 미리 규정된 임계값(44)에 미달되는 경우에, 상기 펄스폭 변조 주기(T) 동안 스위치들(S)의 스위치 온 지속시간들이 연장되는 것을 특징으로 하는 방법. A method for controlling the inverter 10 using space vector pulse width modulation, the inverter 10 comprising a plurality of controllable switches S, wherein the multi-phase voltage in the form of a voltage space vector V * U, V, W are configured to provide the controllable switches S such that different switch on durations of the switches S are set to provide the voltage space vector V *. And wherein a plurality of successive different switching states V 0 -V 7 of the switches S are controlled to be set.
If the switch-on duration of one of the switches S during the pulse width modulation period T is less than the predefined threshold value 44, the switches (for the pulse width modulation period T) And the switch on durations of S) are extended. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치들(S) 중 상기 하나의 스위치의 스위치 온 지속시간은 상기 다수의 제어 가능한 스위치들(S)의 평균 스위치 온 지속시간을 갖는 것을 특징으로 하는 방법. 2. A method according to claim 1, wherein the switch on duration of the one of the switches (S) has an average switch on duration of the plurality of controllable switches (S). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 스위치 온 된 스위치들(S)의 스위치 온 지속시간들은 각각 동일한 지속시간만큼 연장되는 것을 특징으로 하는 방법. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the switch on durations of the switched on switches (S) are each extended by the same duration. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 주기(T) 내에 가장 긴 스위치 온 지속시간을 갖는 스위치(S)의 스위치 온 지속시간은, 상기 스위치(S)가 전체 펄스폭 변조 주기(T)에 걸쳐 스위치 온 되도록 연장되는 것을 특징으로 하는 방법. The switch-on duration of the switch S having the longest switch-on duration in the pulse width modulation period T, wherein the switch S is a full pulse width modulation period. Extending to switch on over T). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스위치들(S)의 스위치 온 지속시간들을 연장시키는 만큼의 지속시간은 펄스폭 변조 주기 지속시간(T)과 가장 긴 스위치 온 지속시간을 갖는 스위치(S)의 스위치 온 지속시간 사이의 차이에 상응하는 것을 특징으로 하는 방법. 3. The switch (S) according to claim 1 or 2, wherein the duration as long as the switch on durations of the switches (S) is extended to have a pulse width modulation period duration (T) and the longest switch on duration. Corresponding to the difference between the switch on durations. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스위치(S)의 스위치 온 지속시간은 상기 스위치(S)의 펄스 듀티 레이트이고, 상기 미리 규정된 임계값(44)은 50%의 펄스 듀티 레이트인 것을 특징으로 하는 방법. 3. A switch according to claim 1 or 2, wherein the switch on duration of the switch (S) is a pulse duty rate of the switch (S), and the predefined threshold value (44) is a pulse duty rate of 50%. How to feature. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스위치(S)의 스위치 온 지속시간이 미리 규정된 제 2 임계값(44)을 초과하는 경우에, 상기 스위치(S)의 스위치 온 지속시간이 단축되는 것을 특징으로 하는 방법. The switch-on duration of the switch S according to claim 1 or 2, wherein the switch-on duration of the switch S is shortened when the switch-on duration of the switch S exceeds a second predefined threshold value 44. Characterized in that the method. 제 7 항에 있어서, 상기 스위치들(S)의 스위치 온 지속시간들은, 전체 펄스폭 변조 주기(T)에 걸쳐 가장 짧은 스위치 온 지속시간을 갖는 스위치(S)가 개방되도록 각각의 경우에 동일한 지속시간만큼 단축되는 것을 특징으로 하는 방법. 8. The switch-on durations of the switches S according to claim 7, wherein the switch-on durations of the switches S are the same duration in each case such that the switch S having the shortest switch-on duration over the entire pulse width modulation period T is opened. Characterized in that it is shortened by time. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스위치(S)의 스위치 온 지속시간이 제 1 및 제 2 임계값(44) 사이의 미리 규정된 값 범위(44)에 상응하는 경우에, 펄스폭 변조 주기(T) 내에서 상기 스위치들(S)의 각각의 스위치 온 펄스들이 시프트되는 것을 특징으로 하는 방법. The pulse width modulation according to claim 1 or 2, wherein the switch-on duration of the switch S corresponds to a predefined value range 44 between the first and second thresholds 44. Method in which each switch-on pulse of said switches (S) is shifted in a period (T). 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 임계값(44)은 동일한 것을 특징으로 하는 방법. 10. The method according to claim 9, wherein said first and second thresholds (44) are identical. 제 9 항에 있어서, 상기 스위치 온 지속시간이 상기 제 1 임계값(44)보다 큰 값으로부터 상기 제 2 임계값(44)보다 작은 값으로 변경되는 경우에, 상기 스위치들(S)의 스위치 온 펄스들은 상기 펄스폭 변조 주기(T)의 종료로 시프트되는 것을 특징으로 하는 방법. 10. The switch-on of the switches S according to claim 9, wherein the switch-on duration is changed from a value larger than the first threshold value 44 to a value smaller than the second threshold value 44. Pulses are shifted to the end of the pulse width modulation period (T). 제 10 항에 있어서, 상기 스위치(S)의 스위치 온 지속시간이 상기 제 2 임계값(44)보다 작은 값으로부터 상기 제 2 임계값(44)보다 큰 값으로 변경되는 경우에, 상기 스위치들(S)의 스위치 온 펄스들은 상기 펄스폭 변조 주기(T)의 시작으로 시프트되는 것을 특징으로 하는 방법. 11. The method according to claim 10, wherein when the switch-on duration of the switch S is changed from a value smaller than the second threshold value 44 to a value larger than the second threshold value 44, the switches ( And the switch on pulses of S) are shifted to the beginning of the pulse width modulation period (T). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 스위치들(S)의 스위치 온 펄스들은 세분되고, 상기 세분된 스위치 온 펄스들은 각각의 경우에 상기 펄스폭 변조 주기(T)의 시작 및 종료로 시프트되는 것을 특징으로 하는 방법. The switch-on pulses of the respective switches S are subdivided, the subdivided switch-on pulses being shifted to the start and end of the pulse width modulation period T in each case. Characterized in that the method. 공간 벡터 펄스폭 변조를 이용해서 인버터(10)를 제어하기 위한 장치로서, 상기 인버터(10)는 다수의 제어 가능한 스위치들(S)을 포함하고 전압 공간 벡터(V*) 형태의 다상 전압(U, V, W)을 제공하도록 형성되며, 상기 장치는 상기 전압 공간 벡터(V*)를 제공하기 위해 상기 스위치들(S)의 상이한 스위치 온 지속시간들이 설정되도록 그리고 상기 인버터(10)가 상기 스위치들(S)의 다수의 연속하는 상이한 스위칭 상태들(V0, V7)을 취하도록, 상기 제어 가능한 스위치들(S)을 제어하는 방식으로 형성된 제어 유닛을 포함하는, 상기 인버터를 제어하기 위한 장치에 있어서,
상기 제어 유닛(18)은, 펄스폭 변조 주기(T) 동안 상기 스위치들(S) 중 하나의 스위치의 스위치 온 지속시간이 미리 규정된 임계값(44)에 미달되는 경우에, 상기 펄스폭 변조 주기(T) 동안 상기 스위치들(S)의 스위치 온 지속시간들을 연장하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치. Apparatus for controlling inverter 10 using space vector pulse width modulation, said inverter 10 comprising a plurality of controllable switches S and a polyphase voltage U in the form of a voltage space vector V *. , V, W, the device is configured to allow different switch on durations of the switches S to be set to provide the voltage space vector V * and the inverter 10 A control unit formed in such a way as to control the controllable switches S to take a plurality of successive different switching states V0, V7 of the keys S to an apparatus for controlling the inverter. In
The control unit 18 performs the pulse width modulation when the switch-on duration of one of the switches S during the pulse width modulation period T falls below a predefined threshold 44. And to extend the switch on durations of the switches (S) during a period (T). 구동 출력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전기 기계(14), 상기 전기 기계(14)를 제어하기 위한 인버터(10) 및 제 14 항에 따른 상기 인버터(10)를 제어하기 위한 장치(18)를 포함하는 차량 구동 트레인.
At least one electric machine 14 for providing a drive output, an inverter 10 for controlling the electric machine 14 and an apparatus 18 for controlling the inverter 10 according to claim 14. Vehicle driven train.
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